KR19990068934A - Motor back electromotive force detection circuit - Google Patents
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Abstract
본 발명은 펄스폭변조구동 방식으로 동작하는 DC 모터에 있어서 펄스폭변조 구동 신호가 오프일 때 모터의 역기전력을 검출하게 함으로써 정확한 모터 속도 정보를 획득할 수 있게 한 모터 역기전력 검출회로에 관한 것이다. 본 발명은 모터 구동을 위한 펄스폭변조 신호를 입력받아 모터의 공급전류를 제어하는 펄스폭변조 구동부; 상기 펄스폭변조 신호의 하강에지시 발생되는 모터 출력의 과도상태를 피하기 위해 소정 시간 지연된 샘플/홀드 신호를 발생하는 샘플/홀드신호 발생부; 및 상기 샘플/홀드 신호에 의해 모터의 + 전원단에 걸리는 역기전력을 검출하는 샘플/홀드부를 포함한다. 본 발명에 따르면 펄스폭변조 구동부에 입력되는 펄스폭변조 신호가 오프일 때 모터에 걸리는 역기전력을 직접 검출하게 함으로써, 삽입 저항을 사용함으로 인한 전력 손실이 발생하지 않고, 또한 본 발명의 검출회로는 기존의 모터회로에 추가 연결시 종래의 모터 구동회로선을 끊지 않고 병렬로 접속하면 되므로 회로 구성이 간단해지는 효과가 있다.The present invention relates to a motor back electromotive force detection circuit which enables accurate motor speed information to be obtained by detecting back electromotive force of a motor when a pulse width modulation driving signal is off in a DC motor operating in a pulse width modulation driving method. The present invention provides a pulse width modulation drive unit for receiving a pulse width modulation signal for driving the motor to control the supply current of the motor; A sample / hold signal generator for generating a sample / hold signal delayed by a predetermined time to avoid a transient state of the motor output generated when the pulse width modulation signal falls on the falling edge; And a sample / hold unit configured to detect back electromotive force applied to the + power supply terminal of the motor by the sample / hold signal. According to the present invention, by directly detecting the back EMF applied to the motor when the pulse width modulation signal input to the pulse width modulation drive unit is off, there is no power loss due to the use of the insertion resistor, and the detection circuit of the present invention When additionally connected to the motor circuit of the conventional motor drive circuit line is connected in parallel without breaking, there is an effect that the circuit configuration is simplified.
Description
본 발명은 모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 펄스폭변조(Pulse Width Modulation; PWM)구동 방식으로 동작하는 DC 모터에 있어서 펄스폭변조 구동 신호가 오프일 때 모터의 역기전력을 검출하게 함으로써 정확한 모터 속도 정보를 획득할 수 있게 한 모터 역기전력 검출회로에 관한 것이다.The present invention relates to a motor, and more particularly, in a DC motor operating in a pulse width modulation (PWM) driving scheme, accurate motor speed can be detected by detecting the counter electromotive force of the motor when the pulse width modulation driving signal is turned off. The present invention relates to a motor back electromotive force detection circuit capable of obtaining information.
일반적으로 모터의 속도 제어시 모터의 회전수를 검출하기 위한 검출수단으로 타코메터(tachometer)를 사용한다. 그러나 모터의 사용 용도에 따라 타코메터를 적용하지 못하는 경우가 발생하므로, 타코메터 없이 모터의 속도를 알 수 있는 여러 가지 방법이 모색되고 있다. 모터(motor)에 대한 속도 제어를 하기 위한 다른 방법은 모터의 회전 속도에 직접적인 관계를 갖는 모터의 역기전력(back EMF) 전압의 변화를 알고 있으면 가능하다.In general, a tachometer is used as a detection means for detecting the rotation speed of the motor when controlling the speed of the motor. However, since the tachometer cannot be applied depending on the use of the motor, various methods for finding the speed of the motor without the tachometer have been sought. Another method for speed control for a motor is possible by knowing the change in the back EMF voltage of the motor, which is directly related to the rotational speed of the motor.
도 1은 일반적인 모터의 등가회로이다.1 is an equivalent circuit of a general motor.
도 1에 도시한 바와 같이, 모터에 공급되는 전압을 VM,모터의 코일에 있는 내부저항을 Ri, 직렬 삽입저항을 R1,모터의 역기전력을 VF,모터의 + 전원단에 걸리는 전압을 VFout이라고 하자. 구하고자 하는 모터의 역기전력은 VF이고, 실제로 출력되고 있는 전압은 VFout이다.As shown in FIG. 1, the voltage supplied to the motor is V M, the internal resistance in the coil of the motor is R i , the series insertion resistance is R 1, the back electromotive force of the motor is V F, and the voltage applied to the + power supply terminal of the motor. Let V Vout be. The back EMF of the motor to be obtained is V F , and the actual output voltage is V Fout .
도 1의 등가회로에서 옴의 법칙을 적용하면 다음 식과 같이 된다.Applying Ohm's law in the equivalent circuit of FIG.
VFout= RM/(R1+ RM) * Vm+ R1/(R1+ RM) * VF V Fout = R M / (R 1 + R M ) * V m + R 1 / (R 1 + R M ) * V F
이를 정리하면,In summary,
(계산식)(formula)
VF= VFout-Ri/RM(VM- VFout)V F = V Fout -R i / R M (V M -V Fout )
그러므로 상기 (계산식) 에서 보인 바와같이, 차동 증폭기를 사용하여 모터의 + 전원단에 걸리는 전압 VFout으로부터 모터 전원 전압 VM을 차감하게 되면, 모터의 역기전력 VF를 구할 수 있게 된다.Therefore, as shown in the above (calculation formula), by subtracting the motor power supply voltage V M from the voltage V Fout applied to the + power supply terminal of the motor using a differential amplifier, the counter electromotive force V F can be obtained.
이하, 종래 역기전력 검출회로의 일실시예를 첨부도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, an embodiment of a conventional counter electromotive force detection circuit will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2는 종래 모터의 역기전력 검출회로의 블록도이다.2 is a block diagram of a counter electromotive force detection circuit of a conventional motor.
도 2에 도시된 바와 같이, 종래 모터의 역기전력 검출회로는 모터(40)의 + 측 전원 공급 라인에 직렬로 연결된 검출 저항(10); 모터(40)의 전원 공급 전압에서 검출 저항(10)의 양단에 걸리는 전압을 차감함으로서 대체적인 모터(40)의 역기전력을 검출하는 차동 증폭기(20); 및 차동 증폭기(20)에서 검출된 역기전력으로부터 순수한 역기전력 성분만을 얻기 위해 모터(40)의 내부저항에 의한 전압 강하를 보상해주는 보상회로(30)를 포함한다.As shown in FIG. 2, the counter electromotive force detection circuit of the conventional motor includes a detection resistor 10 connected in series to the + side power supply line of the motor 40; A differential amplifier 20 for detecting the counter electromotive force of the general motor 40 by subtracting the voltage across the detection resistor 10 from the power supply voltage of the motor 40; And a compensation circuit 30 for compensating for the voltage drop caused by the internal resistance of the motor 40 to obtain only the pure counter electromotive force component from the counter electromotive force detected by the differential amplifier 20.
이와 같이 구성된 종래 모터의 역기전력 검출회로의 동작을 살펴보면 다음과 같다.The operation of the counter electromotive force detection circuit of the conventional motor configured as described above is as follows.
차동 증폭기(20)를 통해 검출 저항(10)의 양단에 걸리는 전압에서 모터(40)의 전원 공급 전압을 차감함으로서 대체적인 모터의 역기전력을 검출할 수 있다. 그후, 차동 증폭기(20)에서 출력된 역기전력을 소정 보상회로(30)를 통과시킴으로써 순수한 모터의 역기전력 성분만을 얻을 수 있다.By subtracting the power supply voltage of the motor 40 from the voltage across the detection resistor 10 through the differential amplifier 20, it is possible to detect the counter electromotive force of the alternative motor. Thereafter, only the counter electromotive force component of the pure motor can be obtained by passing the counter electromotive force output from the differential amplifier 20 through the predetermined compensation circuit 30.
그러나 이와 같이 모터의 전원 공급 라인에 직렬로 검출 저항(10)을 삽입하여 모터의 역기전력을 검출하는 종래 역기전력 검출회로는 다음과 같은 문제점들을 가지고 있다.However, the conventional counter electromotive force detection circuit for detecting the counter electromotive force of the motor by inserting the detection resistor 10 in series with the power supply line of the motor as described above has the following problems.
1) 모터의 전원 라인에 연결된 직렬 저항은 열을 발생함으로 인해 방열을 위해 저항의 외관크기가 커져야 하고 또한 저항 값만큼 모터로 공급되는 전력의 일부를 소비하므로 전력 손실이 발생한다.1) The series resistor connected to the power line of the motor generates heat, causing a loss of power because the external size of the resistor must be large for heat dissipation, and it consumes a part of the power supplied to the motor by the resistance value.
2) 1)과 같이 발생되는 전력 손실을 보완하기 위해 직렬 저항의 소비 전력을 감소시키려면 상대적으로 저항 값이 작아야 하는데, 이렇게 하면 검출되는 역기전력의 크기 역시 작아진다는 단점이 있다.2) To reduce the power consumption of the series resistor to compensate for the power loss that occurs as in 1), the resistance value should be relatively small. This has the disadvantage of reducing the magnitude of the counter electromotive force detected.
3) 검출되는 역기전력의 정확도는 검출저항 및 모터 내부저항으로 인해 주변온도, 모터의 브러쉬 접촉 저항 등의 주변 환경요인에 의존한다.3) The accuracy of the detected back EMF depends on the surrounding environmental factors such as the ambient temperature and the brush contact resistance of the motor due to the detection resistance and the motor internal resistance.
4) H-Bride 드라이브 방식에는 적용이 곤란하다.4) It is difficult to apply to H-Bride drive method.
따라서 본 발명의 목적은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 펄스폭변조 구동 방식으로 동작하는 DC 모터에 있어서 모터 공급 전류가 오프되는 구간에서 모터의 역기전력을 검출하게 한 모터 역기전력 검출회로를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a motor counter electromotive force detection circuit for detecting a counter electromotive force of a motor in a section in which a motor supply current is turned off in a DC motor operated by a pulse width modulation driving method. .
도 1은 일반적인 모터의 등가회로,1 is an equivalent circuit of a general motor,
도 2는 종래 모터의 역기전력 검출회로의 블록도,2 is a block diagram of a counter electromotive force detection circuit of a conventional motor;
도 3은 본 발명의 일실시예인 모터의 역기전력 검출회로의 블록도,3 is a block diagram of a counter electromotive force detection circuit of a motor according to an embodiment of the present invention;
도 4는 도 3에서 샘플/홀드 신호 발생부의 상세 블록도,4 is a detailed block diagram of a sample / hold signal generator in FIG. 3;
도 5는 도 3에서 중요 지점의 신호 파형을 보인 예시도이다.FIG. 5 is an exemplary view illustrating a signal waveform of a critical point in FIG. 3.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10: 검출 저항 20: 차동 증폭기10: detection resistance 20: differential amplifier
30: 보상회로 50: 펄스폭변조 구동부30: compensation circuit 50: pulse width modulation drive unit
60: 샘플/홀드신호발생부 61: 제 1 지연부60: sample / hold signal generator 61: first delay unit
62: 제 2 지연부 70: 샘플/홀드부62: second delay portion 70: sample / hold portion
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 모터 역기전력 검출회로는 모터 구동을 위한 펄스폭변조 신호를 입력받아 모터의 공급전류를 제어하는 펄스폭변조 구동부; 상기 펄스폭변조 신호의 하강에지시 발생되는 모터 출력의 과도상태를 피하여 소정 시간 지연된 샘플/홀드 신호를 발생하는 샘플/홀드신호 발생부; 및 상기 샘플/홀드 신호에 의해 모터에 걸리는 역기전력을 검출하는 샘플/홀드부를 포함하는 것을 특징으로 한다.Motor counter electromotive force detection circuit according to the present invention for achieving the above object is a pulse width modulation drive unit for receiving a pulse width modulation signal for driving the motor to control the supply current of the motor; A sample / hold signal generator for generating a sample / hold signal delayed by a predetermined time while avoiding a transient state of the motor output generated when the pulse width modulation signal falls on the falling edge; And a sample / hold unit detecting back EMF applied to the motor by the sample / hold signal.
이하 본 발명의 구성을 첨부 도면을 참조하여 더 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명의 일실시예인 모터의 역기전력 검출회로의 블록도이고, 도 4는 도 3에서 샘플/홀드신호 발생부의 상세 블록도이고, 도 5는 도 3에서 중요 지점의 신호 파형을 보인 예시도이다.3 is a block diagram of a counter electromotive force detection circuit of a motor according to an embodiment of the present invention, FIG. 4 is a detailed block diagram of a sample / hold signal generator in FIG. 3, and FIG. 5 is an example of a signal waveform of an important point in FIG. 3. It is also.
모터(40)를 구동하기 위해 공급되는 펄스폭변조신호 a는 펄스폭변조 구동부(50)로 입력된다. 상기 퍽스폭변조신호 a는 주파수가 일정한 대신 온/오프(on/off) 구간의 비율이 변화되는 신호이다. 즉, 펄스폭변조 구동방식에서 모터로 전류가 흐르는 구간과 전류가 끊어지는 구간이 존재한다.The pulse width modulated signal a supplied to drive the motor 40 is input to the pulse width modulated driver 50. The pux width modulated signal a is a signal in which a ratio of on / off intervals is changed instead of a constant frequency. That is, in the pulse width modulation driving method, there is a section in which current flows to the motor and a section in which the current is cut off.
일반적으로 펄스폭변조 신호 a가 온(로직 "1")일 때 모터 전원 단자에는 모터 전원 전압과 모터의 역기전력이 합해진 전압이 걸리지만, 펄스폭변조 신호 a가 오프(로직 "0")일 때 모터 전원 단자에는 모터의 역기전력 성분만이 걸린다. 그러므로 펄스폭변조 신호 a가 오프(로직 "0")인 구간 중 적절한 시점에 모터 전원 단자에 걸리는 전압 d를 검출함으로써 모터의 역기전력을 쉽게 얻을 수 있게 된다.Generally, when the pulse width modulation signal a is on (logic "1"), the motor power terminal is applied with the sum of the motor power voltage and the back electromotive force of the motor, but when the pulse width modulation signal a is off (logic "0"). Only the counter electromotive force component of the motor is applied to the motor power terminal. Therefore, the counter electromotive force of the motor can be easily obtained by detecting the voltage d applied to the motor power terminal at an appropriate point in the section in which the pulse width modulation signal a is off (logic " 0 ").
그러므로 모터의 역기전력을 구하기 위해 펄스폭변조신호 a는 샘플/홀드신호 발생부(60)로 입력되고, 샘플/홀드신호 발생부(60)는 펄스폭변조 신호 a의 하강에지에서 발생하는 모터 + 전원 단자에 걸리는 전압 d의 과도 상태를 피한 시점에서 로직 "1"이 되는 샘플/홀드신호 c를 발생시킨다.Therefore, in order to obtain the counter electromotive force of the motor, the pulse width modulated signal a is input to the sample / hold signal generator 60, and the sample / hold signal generator 60 is a motor + power source generated at the falling edge of the pulse width modulated signal a. When the transient state of the voltage d across the terminal is avoided, a sample / hold signal c that becomes a logic "1" is generated.
상기 과도 상태를 피하기 위해 샘플/홀드신호발생부(60)는 펄스폭변조 신호 a가 오프되는 하강에지에서 로직 "1"(트리거링)이 되는 소정 폭을 갖는 제 1 펄스 신호를 발생하는 제 1 지연부(61)와, 제 1 지연부(61)에서 발생된 제 1 펄스 신호의 하강에지(falling edge)에서 로직 "1"(트리거링)이 되는 소정 폭을 갖는 제 2 펄스 신호를 발생하는 제 2 지연부(62)를 포함한다.In order to avoid the transient state, the sample / hold signal generator 60 generates a first delay for generating a first pulse signal having a predetermined width that becomes a logic "1" (triggering) at the falling edge at which the pulse width modulation signal a is turned off. A second to generate a second pulse signal having a predetermined width which becomes a logic " 1 " (triggering) at the falling edge of the first pulse signal generated by the first delay section 61; The delay unit 62 is included.
샘플/홀드신호 발생부(60)에서 발생된 펄스 신호인 샘플/홀드신호 c는 샘플/홀드부(70)로 입력되어 샘플/홀드신호의 하강에지에서 모터의 + 전원 단자에 걸리는 전압, 즉 모터의 역기전력이 홀드(hold)되어 출력단으로 출력된다.The sample / hold signal c, which is a pulse signal generated by the sample / hold signal generator 60, is input to the sample / hold unit 70 and applied to the + power terminal of the motor at the falling edge of the sample / hold signal, that is, the motor. The back EMF of is held and output to the output stage.
이하, 이와 같이 구성된 본 발명의 모터 역기전력 검출회로의 동작을 설명한다.The operation of the motor back electromotive force detection circuit of the present invention configured as described above will be described below.
일반적인 DC 모터에 있어서, 모터 전원 VM이 본 발명의 역기전력 검출회로로 공급되면 펄스폭변조 구동부(50)가 동작한다.In a general DC motor, the pulse width modulation driver 50 operates when the motor power supply V M is supplied to the back EMF detection circuit of the present invention.
펄스폭변조 구동부(50)는 펄스폭변조신호 a를 입력받아 모터(40)를 소정 속도로 구동시키게 된다. 상기 펄스폭변조신호 a는 주파수는 일정하고 모터(40)의 속도에 따라 온/오프 구간의 비율이 다른 신호이다. 이를 이용하여 상기 펄스폭변조신호 a가 오프인 구간을 감지하게 되면, 펄스폭변조신호 a의 하강에지에서 발생되는 모터(40)의 과도 출력상태를 피한 적절한 시점에 모터(40)에 걸리는 전압을 검출함으로써 모터의 역기전력을 구할 수 있다.The pulse width modulation driver 50 receives the pulse width modulation signal a to drive the motor 40 at a predetermined speed. The pulse width modulated signal a is a signal having a constant frequency and different ratios of on / off intervals depending on the speed of the motor 40. When the pulse width modulated signal a is sensed to be turned off, the voltage applied to the motor 40 at an appropriate time to avoid the transient output state of the motor 40 generated at the falling edge of the pulse width modulated signal a is detected. By detecting the back EMF of the motor can be obtained.
이와 같이 모터(40)의 + 전원단에 직렬로 연결되는 삽입 저항을 사용하지 않아도 모터 공급 전류의 파형 중 전류가 오프되는 구간중 적절한 시점에서 모터(40)의 + 전원단에 걸리는 전압을 검출하게 되면 모터의 역기전력을 구할 수 있다.As such, even when an insertion resistor connected in series to the + power supply terminal of the motor 40 is not used, the voltage applied to the + power supply terminal of the motor 40 can be detected at an appropriate point in the period in which the current is turned off in the waveform of the motor supply current. When the back EMF of the motor can be obtained.
펄스폭변조 구동부(50)로 입력되는 펄스폭변조 신호 a가 오프되는 시점에 샘플/홀드신호 발생부(60)내 제 1 지연부(61)는 로직 "1"(트리거링)이 되는 소정 폭을 갖는 제 1 펄스 신호를 발생한다.When the pulse width modulated signal a input to the pulse width modulated driver 50 is turned off, the first delay unit 61 in the sample / hold signal generator 60 has a predetermined width that becomes a logic "1" (triggering). To generate a first pulse signal.
그후, 샘플/홀드신호 발생부(60)내 제 2 지연부(62)는 제 1 지연부(61)에서 발생된 제 1 펄스 신호의 하강에지(falling edge)에서 로직 "1"(트리거링)이 되는 소정 폭을 갖는 제 2 펄스 신호를 발생한다. 여기서 제 1 펄스 신호는 상기 제 1 펄스 신호의 폭 만큼 펄스폭변조 신호 a가 온-오프되는 시점에서 발생하는 모터 출력의 과도 상태를 피하기 위해 모터 출력의 검출 시점을 지연시키기 위한 신호이다.Thereafter, the second delay unit 62 in the sample / hold signal generator 60 has a logic " 1 " (triggering) at the falling edge of the first pulse signal generated by the first delay unit 61. Generates a second pulse signal having a predetermined width. Here, the first pulse signal is a signal for delaying the detection time of the motor output to avoid the transient state of the motor output generated when the pulse width modulation signal a is on-off by the width of the first pulse signal.
그 후 과도 상태가 지난 시점, 즉 제 2 지연부(62)에서 발생된 상기 제 2 펄스 신호가 로직 "1" 이 될 때, 상승에지에서 모터 전원 단자에 걸리는 전압 d를 샘플/홀드부(70)에서 샘플하고 로직 "0"일 때, 홀드(hold)시켜 출력단으로 출력함으로써 안정된 모터의 역기전력 e를 검출할 수 있게 된다.Then, when the transient state has passed, that is, when the second pulse signal generated from the second delay unit 62 becomes logic " 1 ", the voltage d applied to the motor power terminal at the rising edge is sample / hold unit 70. When sampled at < RTI ID = 0.0 >) < / RTI > and a logic " 0 "
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술되었지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, those skilled in the art will appreciate that the present invention may be modified without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. It will be appreciated that modifications or variations may be made. Therefore, changes in the future embodiments of the present invention will not be able to escape the technology of the present invention.
이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 펄스폭변조 구동부에 입력되는 펄스폭변조 신호가 오프일 때 모터에 걸리는 역기전력을 직접 검출하게 함으로써, 삽입 저항을 사용함으로 인해 발생되는 전력 손실이 없으며, 또한 본 발명의 검출회로를 연결시 종래의 모터 구동회로선을 끊지 않고 병렬로 추가 접속되므로 회로 구성이 간단해진다는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, when the pulse width modulation signal input to the pulse width modulation drive unit is turned off, the counter electromotive force applied to the motor is directly detected so that there is no power loss generated by using the insertion resistor. When the detection circuit of the present invention is connected, the circuit configuration is simplified because the conventional motor driving circuit line is additionally connected in parallel without disconnecting.
Claims (2)
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